Повітряні гойдалки
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Мореплавці вже давно відзначили біля західного узбережжя Африки цікаве явище: після нічного затишшя швидкість вітру починає з ранку наростати, досягає максимуму після полудня і падає до нуля вночі. Щось подібне спостерігається в самий розпал літа у кримських берегів Чорного та Азовського морів: серед дня тут нерідко піднімається справжній шторм; човнам забороняється входити в порти. До ночі же вітер повністю припиняється.
Дослідники, що працювали в Чорноморському відділенні Морського гідрофізичного інституту, встановили, що в Криму штормові вітри виникають через нерівномірне прогрівання моря і берега: влітку до середини дня над сушею повітря розширюється і створюється зона більш низького тиску, ніж над прохолодною водною поверхнею. У результаті цього виникає різкий перепад тисків між «морським» і «материковим» повітрям. Різниця ж тисків викликає, як відомо, вітер.
Таким же чином можуть бути пояснені і вітри, що виникають в Атлантичному океані. Але в обох випадках – і в Криму, і в Атлантиці – залишалося нез’ясованим головне: від чого залежить настільки незвичайна сила вітру. Розрахунки, засновані на різниці тисків, дають значно менші швидкості вітру.
Автор цієї статті докладно дослідив схему таких повітряних потоків. Дослідження показало, що повітряні маси, виведені зі стану спокою, не відразу заспокоюються і довгий час коливаються з періодом, рівним біля полюсів землі 12 годин. У міру зменшення широти частота власних коливань повітряних мас зростає, і біля берегів Африки, де відзначаються штормові вітри в денні години, період їх коливань виявляється в точності рівним одній добі.
З повсякденного досвіду ми знаємо, що маятник або, наприклад, гойдалку можна сильно розгойдати, якщо впливати на них навіть незначними зусиллями. Потрібно тільки, щоб ритм впливаючої сили збігся з частотою власних коливань гойдалки. Біля берегів Африки такими «гойдалками» з періодом коливання в 24 години є повітря, а діючою силою з таким же ритмом – добові перепади тисків. Розрахунки показали, що «повітряні гойдалки» розгойдуються з великою силою добовими коливаннями тисків і досить далеко від західного узбережжя Африки, зокрема, біля берегів Криму.
Треба відзначити, що при неповному збігу періоду власних коливань повітряних мас і періоду коливань діючих сил, виникає більш складна картина, ніж описані денні шторми. У чорноморських і азовських моряків є прикмета: «Якщо річний шторм не вщух до кінця третього дня, то він триватиме ще три дні: якщо не стихне і тоді, то затягнеться ще на три дні» і т. д. Вдалося довести, що цей триденний цикл не випадковий: він залежить від співвідношення ритму діючих сил, що породжують вітер, і від властивостей повітряних мас, рух яких і називають вітром.